هناك مشكلة في فهمنا للكون: ليس من المنطقي أن نأخذ في الحسبان فقط المادة والطاقة التي يمكننا رؤيتها أو قياسها أو اكتشافها.
البرت اينشتاينمشهور النظرية النسبية العامة، الذي يصف القواعد الفيزيائية للكون في سلسلة من المعادلات تضيف فقط على المقاييس الكونية إذا كان هناك خمسة أضعاف كمية المادة المنتشرة في جميع أنحاء الكون مما يمكننا رؤيته واكتشافه.
هذه المسألة غير المرئية ، أو المادة المظلمة، جنبًا إلى جنب مع كيان آخر غير مرئي ، الطاقة المظلمة، تشكل اللغز الأكبر في علم الكونيات ، دراسة أصول الكون. بينما تسحب المادة المظلمة الأشياء معًا بقوة جاذبية، يبدو أن الطاقة المظلمة المراوغة تفعل العكس تمامًا ، وتدفع الأشياء بعيدًا وتتسبب في تسريع التوسع من الكون الذي تم اكتشافه لأول مرة في عام 1998. تمثل الطاقة المظلمة والمادة المظلمة معًا 95٪ من “الأشياء” في الكون ، ونحن لا نعرف شيئًا تقريبًا عن هذه “الأشياء”.
لكن كيف تدرس شيئًا لا يمكن رؤيته أو لمسه أو سماعه؟ قد يكون تلسكوب إقليدس الجديد في أوروبا الحل الوحيد.
متعلق ب: هل المادة المظلمة غامضة؟ يمكن أن تسلط حالة المادة شديدة البرودة الضوء
حل أعظم لغز في علم الكونيات
“المادة المظلمة هي شيء تعمل عليه الجاذبية بنفس الطريقة التي تعمل بها المادة العادية ، ولكنها لا تتفاعل مع أي ضوء أو أي شيء ، لذلك نحن نعرف فقط أنها موجودة من خلال تأثيرها على حركات المجرات والنجوم ،” إيزوبيل هوك ، أستاذ الفيزياء الفلكية بجامعة لانكستر في المملكة المتحدة وأ إقليدس عالم ، أخبر ProfoundSpace.org. “في حين أن الطاقة المظلمة هي شيء اكتشفناه مؤخرًا عندما اكتشفنا أن توسع الكون يبدو أنه يزداد سرعة بمرور الوقت. هذا ليس منطقيًا إذا كنت تعتقد أن هناك جاذبية فقط. يجب أن تتباطأ. “
كان هوك جزءًا من الفريق الذي اكتشف هذا التسارع الغامض ، والذي حصل من أجله الباحث الرئيسي في هذا البحث ، عالم الفلك الأمريكي شاول بيرلماتر ، على جائزة نوبل للفيزياء لعام 2011. منذ ذلك الحين ، كان هوك ، تمامًا مثل العديد من علماء الفلك الآخرين ، يأمل في اكتشاف ماهية هذا “الشيء” غير المرئي الذي يدفع الكون بعيدًا في الواقع. التلسكوب الأوروبي الجديد Euclid ، الذي تم إطلاقه يوم السبت ، 1 يوليو ، قد يجعل هذه الإجابة أقرب إلى الأنظار. المركبة الفضائية ، المزودة بتلسكوب 3 أقدام و 11 بوصة (1.2 متر) ، ستساعد أيضًا في رسم خريطة لتوزيع المادة المظلمة عبر الزمكان بثلاثة أبعاد لأول مرة على الإطلاق.
ولكن كيف بالضبط سيكشف إقليدس عن وجود الكون غير المرئي عندما لا يستطيع رؤيته وقياسه؟ سينضم التلسكوب ، المزود بأجهزة استشعار قادرة على اكتشاف الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء ، إلى المشهور تلسكوب جيمس ويب الفضائي في لاجرانج بوينت 2. في هذه المنطقة على بعد 900000 ميل (1.5 مليون كيلومتر) من أرض، قوى الجاذبية للكوكب و شمس متساوية ، مع الحفاظ على المركبة الفضائية في موقع ثابت بالنسبة للأرض. هنا ، محمية من وهج نجمة في مركز النظام الشمسي، سينظر إقليدس في أعماق الكون ، منذ 10 مليارات سنة في الزمن ، لرسم خريطة لتوزيع المجرات عبر ثلث السماء خارج منطقتنا درب التبانة المجرة. سيستغرق التلسكوب 660 مليون دولار أكثر من ست سنوات لإكمال المسح.
عدسة الجاذبية
صور إقليدس ، والتي ستبدو تمامًا مثل صور تلسكوب هابل الفضائي الشهير صور المجال العميق، سيسمح أيضًا لعلماء الفلك بدراسة كيف تغير جاذبية المادة المظلمة غير المرئية أشكال المجرات كما تظهر في تلك الصور.
وأوضح هوك أنه “إذا كان لديك كتلة كبيرة جدًا من المادة ، أي نوع من المادة ، وليس بالضرورة المادة المظلمة ، فإنها ستؤدي إلى ثني أشعة الضوء”. “مما يعني أن أي شيء خلف هذا النوع من المادة سيبدو مشوهًا.”
هذه التشوهات ، والمعروفة أيضًا باسم عدسة الجاذبية التأثير ، ضئيل للغاية – صغير جدًا في الواقع ، بحيث لا يمكن قياسه بدقة بواسطة التلسكوبات الأرضية بسبب التعتيم الناجم عن الغلاف الجوي للأرض.
قال جوزيبي راكا ، مدير مشروع إقليدس في وكالة الفضاء الأوروبية (إيسا) لموقع ProfoundSpace.org: “التأثير ضئيل للغاية ، أقل من 1٪”. “إن اكتشاف هذا التأثير الصغير أمر صعب للغاية. نحتاج إلى أن نكون دقيقين للغاية مع جودة صورنا وقياس العديد والعديد من المجرات حتى نتمكن من استنتاج أي شيء.”
باستخدام بعض الرياضيات المعقدة إلى حد ما ، سيتمكن علماء الفلك من استخدام قياسات عدسة الجاذبية لحساب كمية المادة المظلمة بين إقليدس وكل مجرة مشوهة ، مما يسمح لهم بإنشاء أول خريطة ثلاثية الأبعاد على الإطلاق لتوزيع المادة المظلمة في الكون.
قال راتشا إنه على الرغم من عدم ملاحظة المادة المظلمة بشكل مباشر ، إلا أن العلماء متأكدين تمامًا من وجودها.
قال راتشا: “هناك دليل على وجود مادة مظلمة من نواح كثيرة لدرجة أنه من غير المحتمل تمامًا أن يتمكن إقليدس من العثور على دليل من خلال قياس عدسات الجاذبية على أنه غير موجود”. “أعتقد أن المادة المظلمة يجب أن توجد لأنه ببساطة ليس هناك ما يكفي من المادة الطبيعية لتنمو [galaxy] الهياكل ، لجعلها تتجمع بالطريقة التي هي عليها “.
تحدي نظرية النسبية لأينشتاين
من ناحية أخرى ، فإن وجود الطاقة المظلمة أمر غير مؤكد وهو في هذا المجال حيث يتوقع علماء إقليدس أكبر المفاجآت. على المحك التحقق النهائي من صحة نظرية النسبية الشهيرة والمقبولة على نطاق واسع لألبرت أينشتاين ، والتي تدعي أنها تلتقط ما يُفترض أن يكون القواعد العالمية لسلوك كل المادة والطاقة في الكون.
قال راتشا: “قد يكون السبب ببساطة هو أن النسبية العامة لا تعمل حقًا على نطاق كوني ، وبالتالي ليست هناك حاجة إلى الطاقة المظلمة”. “نحن بحاجة إلى الطاقة المظلمة الآن إذا افترضنا أن النسبية العامة تعمل. الطاقة المظلمة ليست ضرورية لتنمية الهياكل الكونية ، لنمو النجوم والمجرات.”
أكدت العديد من التجارب والملاحظات التي أجريت على مسافات أصغر نظرية النسبية العامة على مر السنين. إذا كانت قياسات إقليدس ستأخذ هذه النظرية موضع تساؤل ، فسيكون ذلك “اكتشافًا مطلقًا” ، وفقًا لراكا.
قصص ذات الصلة:
– تنتشر الطاقة المظلمة الغامضة بالتساوي عبر الكون
– قد تكون الثقوب السوداء مصدر طاقة مظلمة غامضة
– تشير دراسة جديدة إلى أن الطاقة المظلمة يمكن أن تؤدي إلى انفجار كبير ثانٍ (وثالث ورابع)
بصمات الموجات الصوتية القديمة
يريد علماء الفلك العثور على دليل لوجود الطاقة المظلمة في توزيع المجرات وعناقيد المجرات عبر الزمكان. يعتقدون أن هذا التوزيع ليس عشوائيًا ، ولكنه انعكاس للموجات الصوتية التي ارتدت حول الكون القديم بعد حوالي 3 مليارات سنة من الانفجار العظيم.
قال هوك إنه في أعقاب هذه الموجات الصوتية ، ظهرت مناطق من الغاز الأكثر كثافة أدت لاحقًا إلى ظهور المجرات. يمكن لعلماء الفلك ملاحظة هذه الأنماط في الخلفية الكونية الميكروويف، وهي بقايا الضوء الأول الذي انتشر عبر الكون الناشئ في مئات الآلاف من السنين بعد الانفجار العظيم ولا يزال من الممكن اكتشاف ذلك اليوم.
قال هوك: “في الخلفية الكونية الميكروية ، يمكننا أن نرى هذا النمط كما بدا في وقت مبكر جدًا”. “مع إقليدس ، سنكون قادرين على قياسه بالقرب منا الآن في الوقت المناسب في نمط المجرات في السماء. سنرى هذه البصمة في المقياس الذي ترغب المجرات في التجمع ، في المسافة الفاصلة المفضلة لديهم.”
من خلال مقارنة البصمات القديمة بالأحدث ، سيتمكن العلماء من رؤية مدى توسع الكون منذ أيامه الأولى وما الدور الذي ربما لعبته الطاقة المظلمة في هذه العملية.
قال هوك: “لأن الطاقة المظلمة تدفع الكون بعيدًا ، إذا كان هناك الكثير من الطاقة المظلمة ، فسنرى أن هذا المقياس أكبر بكثير مما كنا سنحصل عليه بخلاف ذلك”.
في حين أن أولى وجهات نظر إقليدس عن الكون قد يتم الكشف عنها في غضون بضعة أشهر ، إلا أن التلسكوب سيستغرق سنوات لجمع بيانات كافية للإجابة على الأسئلة الكبيرة.
قال هوك: “قد يستغرق الأمر سنوات قبل أن يكون هناك شيء جديد سيتم الإعلان عنه”.
وأضافت أنه في الوقت الحالي ، تشير جميع النماذج إلى وجود طاقة مظلمة ثابتة وتنتشر بشكل موحد في جميع أنحاء الكون. ومع ذلك ، تشير بعض الأدلة إلى أن الأمور قد لا تكون بهذه البساطة. لا يبدو أن ثابت هابل الذي يصف معدل تمدد الكون هو نفسه في الكون القريب المرئي كما هو الحال في الكون المبكر ، وهي علامة محتملة على أن شيئًا ما قد لا يكون مناسبًا لنماذج علم الكونيات.
قال هوك: “ربما سيكون لدينا مفاجأة”. “أنا فقط لا أستطيع الانتظار لمعرفة ذلك.”